面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，首先通过一次通信确定LoRa终端与网关之间的通信距离，并根据通信距离选择传输能耗最小的参数；然后为保障传输可靠性，设计了LoRa终端移动情况下的终端信道选择方案；最后考虑到LoRa终端的移动情况，提出了利用移动LoRa网关提供可靠传输服务，设计了LoRa终端位置感知方法，在LoRa网关可移动的前提下，使LoRa网关可跟随LoRa终端移动，覆盖尽可能多的LoRa终端，使尽可能多的LoRa终端可以以更快的通信速率、更小的传输能耗进行通信，在保障可靠数据传输的同时，尽可能降低LoRa终端传输能耗，延长LoRa网络生命周期。延长LoRa网络生命周期。延长LoRa网络生命周期。

【技术实现步骤摘要】
面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法


[0001]本专利技术属于物联网中低功耗广域网的
，主要涉及了一种面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法。

技术介绍

[0002]低功耗广域网(Low
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Power Wide
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Area Networks，LPWAN)是可提供远距离低功耗通信的一类物联网技术(无线通信技术)。因其小数据、大连接、低成本等特性，LPWAN被广泛应用于智慧工业、智慧城市、智慧农场等大范围场景，以提供低功耗远距离通信。依据是否授权频谱，目前市场上主流的LPWAN技术主要可分为两类：(1)非授权频谱的非蜂窝技术，主要包括LoRa(Long Range)、Sigfox等。(2)已授权频谱的蜂窝物联网技术，主要包括NB
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IoT、LTE
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M等。其中，LoRa因具有开放性架构、按需自主组网、微型化易部署等优势，尤其适用于运营商网络无法覆盖的户外环境，如智慧工业、智慧城市、智慧农场等需要长周期低功耗数据监测的环境，因此在一众LPWAN技术中脱颖而出。因此，围绕LoRa网络展开深入透彻的前瞻性研究具有重要的理论和应用价值。
[0003]LoRa网络主要由终端、网关、网络服务器及应用服务器等组成。LoRa终端和网关以单跳星型网络拓扑，通过LoRaWAN连接，终端设备按照一定的传输参数，采用纯ALOHA方式向网关传输传感器数据。传输参数主要有：载波频率(Carrier Frequency，CF)、扩频因子(Spreading Factor，SF)、带宽(Bandwidth，BW)、编码率(Code Rate，CR)和发送功率(Transmission Power，TP)。其中扩频因子越大(SF7
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SF12)，传输速率越小，传输距离越远，传输能耗越大；发送功率越大，传输距离越远，传输能耗越大。一个载波频率和一个扩频因子的组合构成了终端与网关的一个信道。一个LoRa网关最多可设置8个载波频率，同时监听这8路载波频率传输的信号，对这8路信号并行解调。LoRa终端与网关的通信过程会受到两类传输干扰：Co
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SF干扰和Inter
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SF。网关通过蜂窝网络、以太网或者Wi
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Fi等网络向网络服务器发送解调后的数据包，网络服务器解析处理数据包后，视应用需求将对应数据上传至应用服务器。
[0004]LoRa终端因其可自主按需组网等优势，已在智慧城市、智慧农业等领域广泛部署。如地理位置资产管理，LoRa网络可为运输供应商、医疗保健、食品服务和许多其他垂直行业提供远程通信和超低功耗的地理位置资产管理；野生动物追踪，用户可追踪佩戴LoRa终端的大象、海豚等野生动物的踪迹；紧急救援场景，LoRa网络因其抗干扰强的特点，可用于地震、森林火灾、火山等场景进行通信，进入灾区的救援人员可通过佩戴的LoRa终端进行通信。在上述场景中，LoRa终端均具有移动性，存在于LoRa网关通信距离变动的特点。由于LoRa复杂的传输特性与LoRa网关有限的并行接收能力，LoRa终端的移动性将导致传输参数、噪声干扰、终端分布情况的不确定性，易导致数据包无法发送到LoRa网关，或因为大量的传输冲突而导致发送失败。且由于LoRa终端的移动性，LoRa网关有时也需要跟随LoRa终端移动，方可长期为移动LoRa终端提供高质量(低功耗、高速率等)的通信服务。因此，在LoRa终端移动的情况下，如何分配传输参数，调度网关下行通信，以保障移动LoRa终端与
LoRa网关的可靠传输，并尽可能保障低功耗传输，延长LoRa网络生命周期，是亟待解决的核心问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术正是针对现有技术中由于LoRa终端移动性导致的通信距离、噪声干扰、通信环境等不确定性，导致通信的不可靠性问题，提供一种面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，首先通过一次通信确定LoRa终端与网关之间的通信距离，并根据通信距离选择传输能耗最小的参数；然后为保障传输可靠性，设计了LoRa终端移动情况下的终端信道选择方案；最后考虑到LoRa终端的移动情况，提出了利用移动LoRa网关提供可靠传输服务，设计了LoRa终端位置感知方法，在LoRa网关可移动的前提下，使LoRa网关可跟随LoRa终端移动，覆盖尽可能多的LoRa终端，使尽可能多的LoRa终端可以以更快的通信速率、更小的传输能耗进行通信，在保障可靠数据传输的同时，尽可能降低LoRa终端传输能耗，延长LoRa网络生命周期。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，包括如下步骤:
[0007]S1，通信距离确定：确定LoRa终端与LoRa网关的通信距离，根据通信距离确定LoRa终端传输所需的扩频因子SF及传输功率TP；
[0008]S2，LoRa终端传输信道选择：LoRa终端初始时随机选择信道发送上行数据包，若上行成功，LoRa网关会向终端发送对应的下行信息，提示LoRa终端上行成功，并更新LoRa网关的地理位置，随着通信次数的增加，LoRa终端的信道以p概率随机选择上行传输信道，以(1
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p)概率从发送成功的历史信道中选择成功概率最高的信道，LoRa终端记录使用给定上行信道进行传输时的发送成功率；
[0009]S3，LoRa终端移动感知：移动LoRa网关根据接收到的终端的信号强度RSSI情况及GPS信息感知终端的密集情况，移动至终端聚集程度较高处进行通信。
[0010]作为本专利技术的一种改进，所述步骤S1具体包括：
[0011]S11:LoRa终端第一次以最大的传输参数向移动LoRa网关发送上行数据包；
[0012]S12:移动LoRa网关接收到LoRa终端上行数据包之后，以终端的上行传输参数发送第一次下行数据包通知LoRa终端已上行成功，并在第一次下行数据包中加入自身当时的GPS数据；
[0013]S13：LoRa终端接收到移动LoRa网关下行数据包中包含的GPS数据后，每次上行前，根据自身的GPS及移动LoRa网关的GPS数据，计算出两者的通信距离；
[0014]S14：LoRa终端根据通信距离及路径损耗模型，计算出满足通信距离要求的传输参数组合，并选择其中传输能耗最低的，所述组合包括扩频因子SF及传输功率TP；
[0015]S15：若移动LoRa网关发生位置变动，在位置变动后接收到LoRa终端上行数据包时，在位置变动后第一次发送的下行数据包中更新自身的GPS信息。
[0016]作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2中上行信道成功率记录方式如下：若LoRa终端通过信道x共发送了m次上行数据包，其中接收到了n次下行数据包，则信道x的下行成功率为n/m，LoRa终端需在本地存储：x，n，m；通过信道x每成功上行成功一次，n及m各+1；若上行不成功，则m值+1，n值不变。
[0017]作为本专利技术的一种改进，所述步骤S2中，LoRa终端每次发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤:S1，通信距离确定：确定LoRa终端与LoRa网关的通信距离，根据通信距离确定LoRa终端传输所需的扩频因子SF及传输功率TP；S2，LoRa终端传输信道选择：LoRa终端初始时随机选择信道发送上行数据包，若上行成功，LoRa网关会向终端发送对应的下行信息，提示LoRa终端上行成功，并更新LoRa网关的地理位置，随着通信次数的增加，LoRa终端的信道以p概率随机选择上行传输信道，以(1
‑
p)概率从发送成功的历史信道中选择成功概率最高的信道，LoRa终端记录使用给定上行信道进行传输时的发送成功率；S3，LoRa终端移动感知：移动LoRa网关根据接收到的终端的信号强度RSSI情况及GPS信息感知终端的密集情况，移动至终端聚集程度较高处进行通信。2.如权利要求1所述的面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：S11:LoRa终端第一次以最大的传输参数向移动LoRa网关发送上行数据包；S12:移动LoRa网关接收到LoRa终端上行数据包之后，以终端的上行传输参数发送第一次下行数据包通知LoRa终端已上行成功，并在第一次下行数据包中加入自身当时的GPS数据；S13：LoRa终端接收到移动LoRa网关下行数据包中包含的GPS数据后，每次上行前，根据自身的GPS及移动LoRa网关的GPS数据，计算出两者的通信距离；S14：LoRa终端根据通信距离及路径损耗模型，计算出满足通信距离要求的传输参数组合，并选择其中传输能耗最低的，所述组合包括扩频因子SF及传输功率TP；S15：若移动LoRa网关发生位置变动，在位置变动后接收到LoRa终端上行数据包时，在位置变动后第一次发送的下行数据包中更新自身的GPS信息。3.如权利要求2所述的面向移动LoRa终端的可靠数据传输方法，其特征在于：所述步骤S2中上行信道成功率记录方式如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊润群，陈慈媛，徐祝庆，林敬凯，罗军舟，王苏扬，任瑞，吴超，
申请(专利权)人：江苏金恒信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：